一種圖形化絕緣體上Si/CoSi₂襯底材料及其制備方法

專利名稱：一種圖形化絕緣體上Si/CoSi₂襯底材料及其制備方法
—種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料及其制備方法技術領域
本發明屬于半導體領域，特別是涉及一種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料及其制備方法。
背景技術：
BiCMOS是繼CMOS后的新一代高性能VLSI工藝。CMOS以低功耗、高密度成為80年VLSI的主流工藝。隨著尺寸的逐步縮小，電路性能不斷得到提高，但是當尺寸降到Ium以下時，由于載流子速度飽和等原因，它的潛力受到很大的限制。把CMOS和Bipolar集成在同一芯片上，其基本思想是以CMOS器件為主要單元電路，而在要求驅動大電容負載之處加入雙極器件或電路，發揮各自的優勢，克服缺點，可以使電路達到高速度、低功耗。因此BiCMOS電路既具有CMOS電路高集成度、低功耗的優點，又獲得了雙極電路高速、強電流驅動能力的優勢。
SOI (Silicon-On-1nsu lator,絕緣襯底上的娃)技術是在頂層娃和背襯底之間引入了一層埋氧化層。SOI結構可以實現MOS數字電路芯片上電路元件之間的全介質隔離；SOI加上深槽隔離，也可使雙極或BiCMOS模擬和混合信號電路芯片上的元件實現全介質隔離。通過在絕緣體上形成半導體薄膜，SOI材料具有了體硅所無法比擬的優點:可以實現集成電路中元器件的介質隔離，徹底消除了體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應；采用這種材料制成的集成電路還具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡單、短溝道效應小及特別適用于低壓低功耗電路等優勢，因此可以說SOI將有可能成為深亞微米的低壓、低功耗集成電路的主流技術。
傳統的SOI襯底包括背襯底，絕緣層以及絕緣層上的頂層硅，一般的SOI雙極電路、BiCMOS電路的制造需要在傳統SOI頂層硅中制作集電區重摻雜埋層，以降低集電極電阻與增加襯底的擊穿電壓，但是，這樣的制作工藝步驟復雜，且占用了部分頂層硅的空間，增加了頂層硅的厚度。而且，傳統的SOI BICMOS工藝一般是在傳統SOI厚度相同的頂層硅上制作雙極電路與CMOS電路，然而，制作雙極電路特別是垂直型雙極電路需要的SOI頂層硅厚度較大，這會導致SOI CMOS電路在運行過程中難以達到全耗盡，從而大大的降低了 SOICMOS電路的運行速度而影響BICMOS電路運行速度的提高。一般來說，SOI CMOS電路需要SOI頂層硅的厚度小于200nm，而由于需要同時集成雙極電路的需要，其厚度需要遠遠的超過此厚度。發明內容
鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種圖形化絕緣體上Si/CoSiJ^底材料及其制備方法,在傳統SOI襯底的絕緣層和頂層娃之間插入一層金屬娃化物CoSi2,以代替常規SOI雙極晶體管中的集電區重摻雜埋層，從而達到減小雙極電路所需頂層硅厚度、簡化工藝等目的。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟:1)提供第一 Si襯底，在所述第一 Si襯底待制備MOS器件的區域的表面形成光刻膠，然后在所述第一 Si襯底及光刻膠的表面依次形成Co層與Ti層，接著采用抬離工藝去除所述光刻膠及結合于所述光刻膠上的Co層及Ti層；2)進行第一次退火以使所述第一 Si襯底與所述Co層反應生成CoSi層，然后去除所述Ti層及未反應的Co層，接著進行第二次退火以使所述CoSi層轉變成CoSi2層；3)在所述CoSi2層及第一 Si襯底表面形成第一 SiO2層，然后進行H離子注入以在所述第一 Si襯底形成剝離界面；4)提供具有第二 SiO2層的第二 Si襯底，鍵合所述第二 SiO2層與所述第一SiO2層，然后進行第三次退火以使所述第一 Si襯底從所述剝離界面剝離，最后對剝離表面拋光以完成制備。
在本發明的制備方法中，所述步驟I)還包括對所述第一 Si襯底進行標準的濕式化學清洗法清洗的步驟。
優選地，所述步驟I)中，在真空環境中淀積所述Co層與Ti層，其中，淀積的Co層厚度為15 30nm,淀積的Ti層厚度為5 10nm。
在本發明的制備方法中，所述第一次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為500 600 °C，退火時間為60秒。
在本發明的制備方法中，在60°C下選用摩爾比為1:1: 5的NH3、H2O2、H2O溶液采用濕法刻蝕去除所述Ti層，選用摩爾比為1:1: 5的HC1、H202、H2O溶液采用濕法刻蝕去除所述未反應的Co層。
在本發明的制備方法中，所述第二次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為800 900 °C，退火時間為60秒。
在本發明的制備方法中，所述步驟3)中形成所述第一 SiO2層后還包括對其在900°C下退火I小時的步驟。
在本發明的制備方法中，所述步驟3)中H離子注入后還包括對所述第一 SiO2層進行拋光的步驟。
在本發明的制備方法中，所述第三次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為400 600°C，退火時間為30分鐘。
在本發明的制備方法中，所述步驟4)還包括第四次退火以加強所述第二 SiO2層與所述第一 SiO2層鍵合的步驟。所述第四次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為800°C，退火時間為4小時。
本發明還提供一種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料，至少包括:Si襯底；結合于所述Si襯底表面的絕緣層；結合于所述絕緣層部分表面的CoSi2層；以及結合于所述CoSi2層與所述絕緣層表面的Si頂層；
在本發明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料中，所述CoSi2層垂向對應的Si頂層區域為用于制備雙極器件的區域。
在本發明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料中，所述CoSi2層的厚度為30 150nm。所述Si頂層的厚度為5 200nm。
如上所述，本發明的圖形化絕緣體上底材料及其制備方法，具有以下有益效果:通過抬離(lift-on)技術制作圖形化的金屬Co層，然后使Co層與Si襯底兩次反應生成CoSi2,并通過智能剝離工藝對其進行轉移，以在傳統SOI襯底的BOX層和頂層硅之間的部分區域插入一層金屬硅化物CoSi2，以代替常規SOI雙極晶體管中的集電區重摻雜埋層，未插入CoSi2的區域用以制造MOS器件，從而達到減小頂層硅厚度、簡化工藝等目的。本發明的工藝簡單，適用于大規模的工業生產。


圖1 圖4顯示為本發明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法步驟I)所呈現的結構示意圖。
圖5顯示為本發明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法步驟2)所呈現的結構示意圖。
圖6 圖7顯示為本發明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法步驟3)所呈現的結構示意圖。
圖8 圖11顯示為本發明的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法步驟4)所呈現的結構示意圖。
元件標號說明
權利要求
1.一種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法至少包括以下步驟: 1)提供第一Si襯底，在所述第一 Si襯底上待制備MOS器件的區域形成光刻膠，然后在所述第一 Si襯底及光刻膠的表面依次形成Co層與Ti層，接著采用抬離工藝去除所述光刻膠及結合于所述光刻膠上的Co層及Ti層； 2)進行第一次退火以使所述第一Si襯底與所述Co層反應生成CoSi層，然后去除所述Ti層及未反應的Co層，接著進行第二次退火以使所述CoSi層轉變成CoSi2層； 3)在所述CoSi2層及第一Si襯底表面形成第一 SiO2層，然后進行H離子注入以在所述第一 Si襯底中形成剝離界面； 4)提供具有第二SiO2層的第二 Si襯底，鍵合所述第二 SiO2層與所述第一 SiO2層，然后進行第三次退火以使所述第一 Si襯底從所述剝離界面剝離，最后對剝離表面拋光以完成制備。
2.根據權利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述步驟I)還包括對所述第一 Si襯底進行標準的濕式化學清洗法清洗的步驟。
3.根據權利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中，在真空環境中淀積所述Co層與Ti層，其中，淀積的Co層厚度為15 30nm,淀積的Ti層厚度為5 10nm。
4.根據權利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述第一次退火氣氛為N2氣氛,退火溫度為500 600°C,退火時間為60秒。
5.根據權利要求 1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:在60°C下選用摩爾比為1:1: 5的ΝΗ3、Η202、Η20溶液采用濕法刻蝕去除所述Ti層，選用摩爾比為1:1: 5的HCl、H202、H2O溶液采用濕法刻蝕去除所述未反應的Co層。
6.根據權利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述第二次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為800 900°C，退火時間為60秒。
7.根據權利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中形成所述第一 SiO2層后還包括對其在900°C下退火I小時的步驟。
8.根據權利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中H離子注入后還包括對所述第一 SiO2層進行拋光的步驟。
9.根據權利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述第三次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為400 600°C，退火時間為30分鐘。
10.根據權利要求1所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述步驟4)還包括第四次退火以加強所述第二 SiO2層與所述第一 5102層鍵合的步驟。
11.根據權利要求10所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料的制備方法，其特征在于:所述第四次退火氣氛為N2氣氛，退火溫度為800°C，退火時間為4小時。
12.—種圖形化絕緣體上底材料，其特征在于，至少包括:Si襯底；結合于所述Si襯底表面的絕緣層；結合于所述絕緣層部分表面的CoSi2層；以及結合于所述CoSi2層與所述絕緣層表面的Si頂層。
13.根據權利要求12所述的圖形化絕緣體上底材料，其特征在于:所述CoSi2層垂向對應的Si頂層區域為用于制備雙極器件的區域。
14.根據權利要求12所述的圖形化絕緣體上底材料，其特征在于:所述CoSi2層的厚度為30 150nm。
15.根據權利要求12所述的圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料，其特征在于:所述Si頂層的厚度 為5 200nm。
全文摘要
本發明提供一種圖形化絕緣體上Si/CoSi2襯底材料及其制備方法，通過抬離(lift-on)技術制作圖形化的金屬Co層，然后使Co層與Si襯底兩次反應生成CoSi2，并通過智能剝離工藝對其進行轉移，以在傳統SOI襯底的BOX層和頂層硅之間的部分區域插入一層金屬硅化物CoSi2，以代替常規SOI雙極晶體管中的集電區重摻雜埋層，未插入CoSi2的區域用以制造MOS器件，從而達到減小頂層硅厚度、簡化工藝等目的。本發明的工藝簡單，適用于大規模的工業生產。
文檔編號H01L21/8249GK103137565SQ20111038423
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者俞文杰, 張波, 趙清太, 狄增峰, 張苗, 王曦 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所